Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/
regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego
Funduszu Społecznego.
1 z 5
Instrukcja do ćwiczenia 1
Dział – Pomiary wielkości elektrycznych.
Temat: Pomiar napięcia.
Cel ćwiczenia: Poznanie sposobu pomiaru napięcia.
I. Wprowadzenie.
Napięcie stałe U najczęściej mierzy się elektronicznym woltomierzem analogowym lub
cyfrowym, woltomierzem magnetoelektrycznym, rzadziej woltomierzem elektrostatycznym
lub kompensatorem.
Przy pomiarach napięcia woltomierzem analogowym wartość napięcia U
(w woltach) oblicza
się ze wzoru:
=
∗
(1.1)
gdzie: α – wychylenie woltomierza,
c
v
– stała podziałki woltomierza,
Stała podziałki woltomierza c
v
, określa ile woltów przypada na jedną działkę w mierniku.
Jednostka stałej podziałki jest V/dz. Stałą podziałki oblicza się ze wzoru:
=
(1.2)
gdzie: U
N
- jest znamionowym zakresem woltomierza wyrażonym w woltach, V;
α
N
- jest znamionową (maksymalną) liczbą działek woltomierza, wyrażoną w dz.
Mierząc miernikami popełniamy błędy pomiarowe:
Bezwzględny błąd pomiaru dla danego zakresu pomiarowego oblicza się ze wzoru:
∆ = ±
∗
(1.3)
gdzie: kl - oznacza klasę dokładności zastosowanego woltomierza.
Błąd bezwzględny wyrażony jest w V i stanowi stałą wartość pomiaru, zatem należy pamiętać
o pomiarze wielkości bliskiej nastawionemu zakresowi. Uniknie się wtedy dużego błędu
względnego.
Względny błąd niepewność wyniku pomiaru napięcia (wyrażona w procentach) w
warunkach znamionowych, wynosi:
%
= ±
∗
(1.4)
Gdy obwód źródła napięcia jest otwarty (rys. l.1), to napięcie U na zaciskach 1-2 jest równe
sem E źródła.
Rys. 1.1 Układ otwarty.
Rys.1.2 Układ z woltomierzem.
R
w
E
U
1
2
R
w
E
U
1
2
V
I
V
R
V
Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/
regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego
Funduszu Społecznego.
2 z 5
Jeżeli rezystancja źródła napięcia badanego wynosi R
w
, a rezystancja woltomierza wynosi R
V
(rys. 1.2), to woltomierz wskaże sem E źródła pomniejszoną o spadek napięcia na R
w
źródła,
zatem na zaciskach 1-2 napięcie obliczone jest ze wzoru:
=
−
∗
(1.5)
Jeżeli prąd I
V
w obwodzie wynosi:
=
(1.6)
to:
=
1 −
(1.7)
Gdy rezystancja zastosowanego woltomierza jest co najmniej 1000 razy większa niż
rezystancja źródła, czyli gdy 1000 R
w
< Rv, to w przemysłowych pomiarach napięcia można
pominąć błąd systematyczny bezwzględny.
W przypadku stosowania przyrządów cyfrowych dopuszczalny błąd bezwzględny
niepewności pomiaru zależy od zakresu i wartości mierzonej.
∆ = ±(|
| + |
|)
(1.8)
Gdzie: N
x
, N
z
oznaczają wynik pomoru i nastawiony zakres,
δ
x
δ
z
oznaczają względną niepewność przyrządu wartości mierzonej i wartości
końcowej zakresu,
Dopuszczalny względny błąd pomiarowy przyrządu cyfrowego oblicza się z wzoru:
= ±
∆
(1.9)
Pomiary napięcia przemiennego wykonuje się podobnie jak pomiary napięcia
stałego, jednak przed przystąpieniem do pomiarów należy określić, jaka miara napięcia
przemiennego ma być mierzona. Rozróżnia się następujące miary:
• wartość skuteczna,
• wartość średnia,
• wartość szczytowa (maksymalna),
• przebieg czasowy.
Wartość skuteczną napięcia sinusoidalnego można mierzyć odpowiednio
woltomierzem
elektronicznym
z
prostownikiem
liniowym
i
woltomierzem
magnetoelektrycznym z prostownikiem liniowym. Częstotliwość graniczna woltomierzy
magnetoelektrycznych z prostownikami wynosi ok. 1MHz. Częstotliwość graniczna
przyrządów elektronicznych dobrej klasy wynosi ok. 1 GHz.
Wartość średnią wyprostowanego przebiegu napięcia zmiennego można mierzyć
za pomocą odpowiednio: woltomierza magnetoelektrycznego z prostownikiem liniowym.
Można też zastosować cyfrowy miernik wartości średniej.
Wartość szczytową napięcia mierzy się woltomierzem magnetoelektrycznym lub
cyfrowym wyposażonym w przetwornik wartości szczytowej.
Czasowy przebieg napięcia okresowego bada się za pomocą oscyloskopu
elektronicznego. Czasowy przebieg pojedynczego impulsu napięcia bada się za pomocą
oscyloskopu z pamięcią. Dokładność pomiarów oscyloskopem jest mała. Niepewność
pomiaru wynosi kilka procent.
Do pomiarów napięcia na źródle o bardzo malej mocy nie należy używać woltomierzy
elektromagnetycznych ani elektrodynamicznych, ani nawet magnetoelektrycznych, ponieważ
impedancja wejściowa tych woltomierzy jest mała w porównaniu z impedancja wejściową
woltomierzy elektronicznych, mających na wejściu tranzystor polowy, lub woltomierzy
elektrostatycznych.
Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/
regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego
Funduszu Społecznego.
3 z 5
II. Treść zadania.
Przeprowadzić pomiar napięcia stałego i napięcia przemiennego miernikami analogowymi
i cyfrowymi. Opracować wyniki pomiaru, obliczając błędy względne i bezwzględne pomiaru.
Pomiar przeprowadź dla 5 położeń przełącznika.
Sposób postępowania:
1.
Zapoznać się z treścią zadania.
2.
Zapoznaj się z przyrządami i elementami używanymi w ćwiczeniu.
3.
Uzupełnij w sprawozdaniu wykaz elementów (wpisz numery seryjny, zakresy i dane
znamionowe).
4.
Połącz układ pomiarowy zgodnie ze schematem.
5.
Dokonaj ustawienia elementów i zakresów pomiarowych.
6.
Zgłoś gotowość do wykonania pomiarów.
7.
Włącz zasilanie, dokonaj korekt ustawień i przejdź do odczytów.
8.
Zapisz w tabeli odczytane wielkości.
9.
Oblicz pozostałe wielkości tabeli(stalą podziałki miernika, wielkość wskazywana,
bledy pomiarowe zapisz granice zmian napięcia mierzonego).
10.
Wyłącz układ i dokonaj modyfikacji układu.
11.
Powtarzaj działania od punktu 4 do punktu 10.
12.
Rozłącz układ i posprzątaj stanowisko.
13.
Wyciągnij wnioski i wpisz je do sprawozdania.
14.
Wyślij sprawozdanie na serwer.
III. Sprawozdanie z przeprowadzonego ćwiczenia.
1. Schemat układu pomiarowego
a) Układ dla miernika analogowego,
b) Układ dla miernika cyfrowego,
2. Wykaz elementów
Rezystor R
S
– typ.
I
N
=
R
N
=
Woltomierze:
Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/
regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego
Funduszu Społecznego.
4 z 5
3. Tabela pomiarowa.
a) Tabela pomiarowa do pomiaru napięcia stałego miernikiem analogowym
Lp. U
N
α
n
c
v
α
U
Δ
v
δ
U%
U ±Δ
v
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
1
2
3
4
5
b) Tabela pomiarowa do pomiaru napięcia stałego miernikiem cyfrowym.
Lp.
U
N
U
Δ
U
δ
U%
U±Δ
U
-
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
1.
2.
3.
4.
5.
c) Tabela pomiarowa do pomiaru napięcia przemiennego miernikiem analogowym.
Lp. U
N
α
n
c
v
α
U
Δ
v
δ
U%
U ±Δ
v
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
1
2
3
4
Projekt "Modernizacja oferty kształcenia zawodowego w powiązaniu z potrzebami lokalnego/
regionalnego rynku pracy" współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego
Funduszu Społecznego.
5 z 5
d) Tabela pomiarowa do pomiaru napięcia przemiennego miernikiem cyfrowym.
Lp.
U
N
U
Δ
U
δ
U%
U±Δ
U
-
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
1.
2.
3.
4.
5.
4. Obliczenia
5. Uwagi i wnioski